負壓式自清洗過濾器的制作方法

本實用新型涉及船舶壓載水系統，詳細講是一種結構簡單、制造成本低廉，維護方便、快捷，清潔效果好，使用成本低廉的負壓式自清洗過濾器。

背景技術：

我們知道，過濾器是船舶壓載水系統中最關鍵的部件，就海盾壓載水管理系統，過濾器設置于紫外反應器之前，其作用是去除顆粒物等雜質，同時去除50μm以上的浮游生物。防止船舶壓載水排放引起的外來物種入侵、病原體傳播，避免對環境、人類健康、財產及資源等方面造成損害。過濾系統運行和自清洗不影響紫外的處理過程，自清洗沖洗液排放到采水海域中。

現有的船舶壓載水系統的濾器樣式較多，如氣體輔助液體反沖洗濾器、機械刷式自清洗濾器，輪盤式自清洗濾器、負壓式自清洗濾器。經試驗驗證，氣體輔助液體反沖洗濾器、機械刷式自清洗濾器，輪盤式自清洗濾器在極端惡劣水域工況下反清洗頻繁、甚至出現濾芯完全堵塞現象。而負壓式自清洗濾器盡管清洗頻繁，但每次反清洗后，濾器可恢復初始壓差，可適用于極端惡劣水域工作。現有的負壓式自清洗濾器的結構是：設有濾器殼體，濾器殼體上設有進水口和出水口，進水口和出水口間設有濾芯，進水口側的濾芯上設有負壓清洗吸嘴，進水口側的濾器殼體內設有清洗吸管，清洗吸嘴與清洗吸管相連，清洗吸管另一端與排污泵進水口連接；濾器殼體外設有工作電機，工作電機經傳動機構帶動清洗吸嘴在濾芯上前后左右移動。現有的這種負壓式自清洗濾器傳動機構結構復雜，制造成本高，易損壞，維修難度大、成本高，對濾網的清洗效率低，清洗不均勻、效果差。

技術實現要素：

本實用新型的目的是解決現有濾器的不足，提供一種結構簡單、制造成本低廉，維護方便、清洗效果好，使用成本低廉并且能適用于極端惡劣水域的負壓式自清洗濾器。

本實用新型解決上述現有技術的不足所采用的技術方案是：

一種負壓式自清洗過濾器，設有濾器殼體，濾器殼體上設有進水口和出水口，進水口和出水口間設有筒狀濾芯，進水口直接與筒狀濾芯腔體內部連通，出水口直接與筒狀濾芯腔體外部連通，其特征在于：筒狀濾芯內設有兩端分別經軸承與濾器殼體相連的空心排污軸，空心排污軸一端連接有固定排污管，空心排污軸另一端封閉、與驅動電機的主軸相連；空心排污軸上周向設有至少兩排、軸向均布的吸污支管，吸污支管與空心排污軸內部連通，吸污支管上設有吸污口與筒狀濾芯內壁接觸的吸污頭。

本實用新型中所述的吸污頭的結構是：設有外殼體，外殼體內設有吸污腔，外殼體上部設有長條狀吸污口，外殼體下部設有與吸污腔連通的插接管，插接管下端部軸向設有滑動防旋槽。吸污頭經插接管插設在吸污支管內，吸污支管內設有與滑動防旋槽相配合的防旋凸起，外殼體下側與吸污支管上端間設有壓簧。

本實用新型中所述的任意一個吸污頭的長條狀吸污口在濾芯內壁上吸污的范圍與其它排的與其相鄰的吸污頭的長條狀吸污口在濾芯內壁上吸污的范圍相連或部分重合。

本實用新型中所述的空心排污軸的內部的腔體為由固定排污管側至驅動電機側直徑逐漸變小的錐形腔。錐形腔可以使各吸污支管獲得的吸力更均衡，是吸污頭產的吸污效果相近，對濾芯的清洗均勻、清洗效果更佳。

本實用新型中所述的筒狀濾芯內側與外側間設有壓差變送器，用于檢測筒狀濾芯內側與外側的壓力差，當壓差超過設定值時，清洗裝置工作。

本實用新型中所述的濾器殼體上側設有呼吸閥。呼吸閥可排出濾器殼體內的多余氣體，或負壓時，向其內部吸入適量的氣體。

本實用新型中所述的空心排污軸的內部錐形腔具體形狀經CFD軟件計算獲得，其方法如下：

a、設置基于壓力穩態的標準k-epsion湍流模型，設定流體的主要操作參數（海水密度998.3kg/m3，溫度293k），忽略壁面黏度對水流速度的影響。

b、在邊界條件中，入口（inlet）選擇流速入口（velocity-inlet），根據實際排污泵額定流量、吸污口數目及吸入口徑來設定流速，設置k和epsion值分別為0.009和0.0076；

c、出口（outlet）選擇自由流動（out-flow)，因計算模型為穩態流動，流量均衡參數設置為1。

d、以入口（inlet）作為計算起始邊界，以內部流體（interior-body fluid）作為參考邊界，對三維吸污管進行壓力場、湍流場和速度場的求解，從而得出在不同吸污管設計條件下的各個場分布差別；

e、選擇從吸污口至排污口壓降最明顯的結構參數為本實用新型中空心排污軸錐形腔的結構參數。因濾嘴結構對排污主管道內部流場的影響較小，計算時可忽略。

本計算方法中所述的吸污口為空心排污軸與吸污支管連接處的流體入口，所述的排污口為空心排污軸一端、將空心排污軸內流體排出處的流體出口。

本實用新型在使用時，進水口接進水泵，出水口接儲水箱，固定排污管連接排污泵，當濾芯有臟污堵塞需要清洗時，排污泵與驅動電機同時工作，驅動電機帶動空心排污軸、吸污支管和吸污頭轉動，排污泵為吸污頭提供吸力、對濾網進行反沖洗。本實用新型結構簡單、制造成本低廉，維護方便、快捷，清潔效果好，使用成本低廉。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是圖1的A處局部放大圖。

圖3是本實用新型中吸污頭的結構示意圖。

圖4是本實用新型中空心排污軸的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-4所示的負壓式自清洗過濾器，設有濾器殼體1，濾器殼體1上設有進水口2和出水口3，進水口2和出水口3間設有筒狀濾芯4，進水口2直接與筒狀濾芯4腔體內部連通，出水口3直接與筒狀濾芯4腔體外部連通，從圖1中可以看出，濾器殼體1呈橫置的圓筒狀，圓筒狀濾器殼體的兩端分別設有左端蓋13和右端蓋14，筒狀濾芯4與圓筒狀濾器殼體軸線重合的固定在左端蓋13和右端蓋14之間，進水口2設在右端蓋14的中部，出水口3設在圓筒狀濾器殼體側壁上，上述結構與現有技術相同，不再贅述。本實用新型的特征在于：筒狀濾芯4內設有兩端分別經軸承與濾器殼體1相連的空心排污軸5，空心排污軸5的軸線與筒狀濾芯4軸線重合，空心排污軸5一端連接有固定排污管6，空心排污軸5另一端封閉、與驅動電機7的主軸相連；從圖1中可以看出，右端蓋14中部的進水口內經支架安裝有滑動軸承12，空心排污軸右端安裝在滑動軸承12內，滑動軸承12右側經連接座15固定有與空心排污軸連通的固定排污管6；濾器殼體的左端蓋外側設有驅動電機7，左端蓋13中部設有滑動軸承，驅動電機主軸經減速器、滑動軸承與空心排污軸左端相連。空心排污軸5上周向設有至少兩排、軸向均布的吸污支管8，吸污支管8與空心排污軸5內部連通，吸污支管8上設有吸污口與筒狀濾芯內壁接觸的吸污頭9。吸污頭9的結構如圖2、圖3所示：設有外殼體91，外殼體91內設有吸污腔92，外殼體91上部設有長條狀吸污口93，外殼體下部設有與吸污腔92連通的插接管94，插接管94下端部軸向設有滑動防旋槽95。吸污頭9經插接管94插設在吸污支管8內，吸污支管內設有與滑動防旋槽95相配合的防旋凸起96，防旋凸起與滑動防旋槽相配合防止吸污頭帶動插接管在吸污支管內轉動，使長條狀吸污口始終與筒狀濾芯的軸線平行，且能夠上下相對滑動，外殼體91下側與吸污支管8上端間設有壓簧97，可以保證本實用新型長時間運行后吸污口仍然與筒狀濾芯內壁緊密接觸。從圖1中可以看出，本實用新型中空心排污軸5周向上設有兩排吸污支管8，兩排吸污支管在空心排污軸軸向上相互交錯排列，每個吸污頭的長條狀吸污口93的長度不小于另一排與之相鄰軸向兩個吸污支管間的距離，使得吸污頭吸污清洗的范圍覆蓋整個濾芯內壁。清洗徹底，清洗效果好。筒狀濾芯內側與外側間設有壓差變送器，用于檢測筒狀濾芯內側與外側的壓力差，當壓差超過設定值時，清洗裝置工作。濾器殼體上側設有呼吸閥；呼吸閥可排出濾器殼體內的多余氣體，或負壓時，向其內部吸入適量的氣體。

本實用新型進一步改進，中所述的空心排污軸的內部的腔體為由固定排污管側至驅動電機側直徑逐漸變小的錐形腔。錐形腔可以使各吸污支管獲得的吸力更均衡，是吸污頭產的吸污效果相近，對濾芯的清洗均勻、清洗效果更佳。

本實用新型中所述的空心排污軸的內部錐形腔具體形狀經CFD軟件計算獲得，其方法如下：

a、設置基于壓力穩態的標準k-epsion湍流模型，設定流體的主要操作參數：海水密度998.3kg/m3，溫度293k，忽略壁面黏度對水流速度的影響。

b、在邊界條件中，入口（inlet）選擇流速入口（velocity-inlet），根據實際排污泵額定流量、吸污口數目及吸入口徑來設定流速，因過濾器排污泵額定流量為50m3/h，根據吸入口數目（25個）及吸入口內徑（25mm），設定入口流速為1.18m/s；根據負壓自清洗濾器的吸污原理，可知入口壓力為0.5MPa（表壓）；同時設置k和epsion值分別為0.009和0.0076；

c、出口（outlet）選擇自由流動（out-flow)，因計算模型為穩態流動，流量均衡參數設置為1。

d、以入口（inlet）作為計算起始邊界，以內部流體（interior-body fluid）作為參考邊界，對三維吸污管進行壓力場、湍流場和速度場的求解，從而得出在不同吸污管設計條件下的各個場分布差別。最終以從吸污口至排污口壓降最明顯的設計結構為選用標準。因濾嘴結構對排污主管道內部流場的影響較小，計算時可忽略。

經計算，當主管長度為1300mm、內徑最大為50mm、最小為25mm時，內部壓降最大，速度場分布均勻，且排污口速度符合該排污流量下的吸污管道實際運行情況。因此，中空心排污軸錐形腔的設計制造為長度為1300mm、內徑最大為50mm、最小為25mm的錐形。

本實用新型在使用時，進水口接進水泵，出水口接儲水箱，固定排污管連接排污泵，當濾芯有臟污堵塞需要清洗時，排污泵與驅動電機同時工作，驅動電機帶動空心排污軸、吸污支管和吸污頭轉動，排污泵為吸污頭提供吸力、對濾網進行反沖洗。本實用新型結構簡單、制造成本低廉，維護方便、快捷，清潔效果好，使用成本低廉。